Unite 2

1. Unite 2 การควบคุมความเร็วและกลับทิศทางของมอเตอร์กระแสตรง

2. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง มีส่วนประกอบหลัก คือ สเตเตอร์ และ โรเตอร์ มอเตอร์กระแสตรงมีการแบ่งประเภทเป็น 3 ประเภท คือ มอเตอร์แบบชันท์ มอเตอร์แบบซีรีย์และมอเตอร์แบบคอมปาวน์ ดังรูปที่ 1

3. รูปที่1 มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบต่างๆ

4. การควบคุมความเร็วมอเตอร์กระแสตรงการควบคุมความเร็วมอเตอร์กระแสตรง • งานอุตสาหกรรมบางประเภท เช่น เครื่องบดหิน, เครนยกของ, ลิฟต์ยกของ, ระบบขนส่ง เป็นต้นจำเป็นต้องควบคุมความเร็ว ซึ่งการควบคุมทำได้หลายวิธี เป็นต้นว่า Ward-leonard หรือควบคุมการใช้โดย Solid-state แต่ละวิธีมีการทำงานดังนี้คือ

5. 1. ระบบ Ward-leonard • อาศัยหลักการเครื่องกำเนิดไฟฟ้า-มอเตอร์ไฟฟ้า(M-G) โดยมอเตอร์กระแสสลับเป็นตัวต้นกำลัง ขับให้เครื่องไฟฟ้ากระแสตรงทำงานที่ความเร็วคงที่ ซึ่งกระแสสนาม( ) และแรงดันที่ปลายทางของ( ) ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จะเปลี่ยนแปลงตามความเร็วของตัวต้นกำลัง ซึ่งระบบนี้ควบคุมได้ 2 ทาง คือ

7. 1.1. ควบคุมแรงดันที่ปลายทาง ()การควบคุมแบบนี้ กระแสที่มอเตอร์ ( ) จะคงที่ กระแสของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า( ) จะเปลี่ยนแปลง ทำให้แรงดันที่ปลายทาง( ) เปลี่ยนจากศูนย์จนถึงพิกัด ของแรงดันเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งส่องผลให้ความเร็วที่เปลี่ยนจากศูนย์ จนถึงความเร็วที่ต้องการ ส่วนแรงบิดจะมีค่าจะมีค่าคงที่ดังรูปที่ 2 1.2 ควบคุมกระแสสนาม ( )การควบคุมวิธีนี้ แรงดันที่ปลาย ( ) คงที่ ส่วนกระแสสนาม ( ) จะเปลี่ยนแปลงจากศูนย์จนถึงพิกัดกระแสมอเตอร์ ซึ่งส่งผลให้กระแสสนามที่มอเตอร์( ) มีค่าน้อยลงแล้วทำให้ความเร็วสูงขึ้น แรงบิดจะมีค่าน้อยลงเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น ดังรูปที่ 2

8. 2. การควบคุมโดยอาศัยอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ (Solid-stat Control) • เป็นการนำเอาสารกึ่งตัวนำมาต่อกันเป็นวงจร เพื่อนำไปควบคุมความเร็วและทิศทาง โดยอาศัยคุณลักษณะบางประการของสารกึ่งตัวนำ ดังรูปที่ 3

9. 2.1 วงจร Controlled Rectifiers • คือ วงจรที่แปลงไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็นไฟฟ้ากระตรง การทำงานจะควบคุมด้วยเฟส อุปกรณ์ที่นิยมใช้มากที่สุดคือ SCR ซึ่งวงจรดังกล่าวแบ่งออกเป็น 2 แบบคือ • 2.1.1 วงจร Controlled Rectifiers แบบเฟสเดียว คอนเวอร์เตอร์กลุ่มนี้แบ่งออกเป็น 4 ประเภทคือ 1. คอนเวอร์เตอร์แบบครึ่งคลื่น (Half-wave converter) 2. คอนเวอร์เตอร์แบบครึ่งคลื่น (Semi-converter) 3. คอนเวอร์เตอร์แบบเต็มคลื่น (Full-converter) 4. คอนเวอร์เตอร์แบบคู่ (Dual- converter)

11. 2.1.2 วงจร Controlled Rectifiers แบบสามเฟสเดียว คอนเวอร์เตอร์กลุ่มนี้แบ่งออกเป็น 4 ประเภทคือ 1. คอนเวอร์เตอร์แบบครึ่งคลื่น (Half-wave converter) 2. คอนเวอร์เตอร์แบบครึ่งคลื่น (Semi-converter) 3. คอนเวอร์เตอร์แบบเต็มคลื่น (Full-converter) 4. คอนเวอร์เตอร์แบบคู่ (Dual- converter)

13. 2.2 หลักการทำงานของ Converter Rectifier 2.2.1 คอนเวอร์เตอร์ควบคุมครึ่งเดียว จะขับมอเตอร์แยกกระตุ้นเพื่อควบคุมแรงดันอเมเจอร์ Va การปรับแรงดันโดยการปรับค่ามุมทริก α ขออง SCR ในวงจร อัตรารอบมอเตอร์สูงสุดที่มุม α= 0 องศา และมีอัตราเร็วรอบต่ำสุด เมื่อ α= 180 องศา แต่ในทางปฏิบัติไม่ถึง 180 องศา เนื่องจากข้อจำกัดของ SCR ในการหลุดนำกระแสและผลของโหลดมอเตอร์

15. จากรูปที่ 7 มอเตอร์จะทำงานได้เพียงคอร์แรนต์ 1 แรงดัน Va และกระแส Ia เป็นบวกทำให้ความเร็ว ωa และ T มีค่าเป็นบวก กำลังจพไหลจากแหล่งจ่ายสู่มอเตอร์และคอนเวอร์เตอร์ทำงานในโหมดเรียงกระแส(rectification mode) เท่านั้น

16. 2.2.2 คอนเวอร์เตอร์ควบคุมเต็ม • โหมดเรียงกระแส (Rectifire Mode) มุมทริก มอเตอร์ทำงานในคอแรนต์ที่ 1 เพราะ Va < E อัตราเร็วรอบมอเตอร์สูงสุดที่ เมื่อ α= และมีอัตรารอบศูนย์ เมื่อ α= ดังรูปที่ 8 • โหมดผันกลับ (Inverting Mode) มุมทริก โหลดฉุดมอเตอร์หมุนในทิศทางตรงกันข้ามกับการทำงานในคอแรนต์ที่ 1 มอเตอร์จะทำงานเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในคอแรนต์ที่ 4 เพราะ Va<E แรงดันที่ขั้วอาร์เมเจอร์เป็นลบ –Vaกระแสไหลในทิศทางเดียวกับโหมดเรียงกระแส ส่งผลให้ด้านกำลังด้านมอเตอร์ไหลย้อนกลับเข้าสู่แหล่งจ่าย ดังรูปที่ 8

18. 2.2.3 คอนเวอร์เตอร์คู่ • การควบคุมแบบนี้จะนำคอนเวอร์เตอร์2ชุด มาต่อในในลักษณะตรงข้ามกัน การทำงานเป็นแบบ 4คอแรนต์ คอนเวอร์เตอร์คู่แบ่งออกเป็น2ประเภท 1. ชนิดกระแสไหลวน 2. ชนิดกระแสไม่ไหลวน

19. 2.2.3.1 ชนิดกระแสไหลวน

20. การทำงานในแต่ละคอแรนต์เป็นดังนี้การทำงานในแต่ละคอแรนต์เป็นดังนี้ รูปที่ 10 การทำงานของมอเตอร์ทำงานแบบ 4 คอแรนต์

21. 2.2.3.2 ชนิดกระแสไม่ไหลวน

23. คุณสมบัติของแรงบิด-อัตราเร็วคุณสมบัติของแรงบิด-อัตราเร็ว • เส้นแบ่งระหว่างกระแสต่อเนื่องกับกระแสไม่ต่อเนื่อง โดยกระแสต่อเนื่องคุณสมบัติของแรงบิด-อัตราเร็ว ส่วนกระแสไม่ต่อเนื่องอัตราเร็วระหว่างมีโหลดและไม่มีโหลด มีค่าสูงทำให้ความเร็วในการตอบสนองช้า ดังรูปที่ 13

25. 2.2.4 คอนเวอร์เตอร์แบบ 3 เฟส • มี 3 แบบ คือ คอนเวอร์เตอร์แบบครึ่งเดียว, คอนเวอร์เตอร์แบบเต็มคลื่น และคอนเวอร์เตอร์แบบคู่ • ทำงานเหมือนเหมือนคอนเวอร์เตอร์แบบเฟสเดียว แต่ต่างกันที่จำนวนของอุปกรณ์ • มีการทำงานอยู่ 2แบบ คือ • กระแสต่อเนื่อง • กระแสไม่ต่อเนื่อง

26. รูป 14.1วงจรคอนเวอร์เตอร์แบบเต็มคลื่น

27. รูป 14.2สัญญาณคอนเวอร์เตอร์แบบเต็มคลื่น

28. รูป 15.1 โหมดกระแสต่อเนื่อง

29. รูป 15.2โหมดกระแสไม่ต่อเนื่อง

31. คุณสมบัติของแรงบิด-อัตราเร็วคุณสมบัติของแรงบิด-อัตราเร็ว

32. 3. วงจร DC CHOPPER • ทำหน้าที่เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงค่าหนึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงอีกค่าหนึ่ง สามารถปรับระดับแรงดันได้ตามต้องการ สามารถแบ่งการทำงานได้ 2 แบบ คือ • แบบโดยตรง • แบบทางอ้อม

33. 1. Direct DC to DC Converter รูป 18หลักการของ DC CHOPPER

34. 2. Indirect DC to DC Converter รูปที่ 19หลักการของIndirect DC to DC Converter

35. 3.1 ประเภทของ DC CHOPPER รูปที่ 20ตารางแสดงประเภทของดีซี ช๊อปเปอร์

36. รูปที่ 20ตารางแสดงประเภทของดีซี ช๊อปเปอร์ (ต่อ)

37. 3.2 หลักการทำงานของดีซี ช๊อปเปอร์ 3.2.1 ดีซี ช๊อปเปอร์คลาส A

38. 3.2.2 ดีซี ช๊อปเปอร์คลาส B

39. 3.2.3 ดีซี ช๊อปเปอร์คลาส C

40. 3.2.4 ดีซี ช๊อปเปอร์คลาส D

41. 3.2.5 ดีซี ช๊อปเปอร์คลาส E

42. การนำวิธีควบคุมโดยใช้ Solid-state มาควบคุมโหลดให้มีการทำงานที่ดีขึ้นระดับหนึ่ง แต่ยังมีข้อผิดพลาดในบางส่วน เพื่อเป็นการลดปัญหา จึงมีวิธีการควบคุมมอเตอร์ โดยอาศัยการป้อนกลับของสัญญาณที่เอาต์พุตท์ (Control Feedback) ดังรูปที่ 26 มีอยู่ 2 แบบ คือ วงจรเปิดและวงจรปิด การควบคุมวิธีนี้ ทำให้ความเร็ว-แรงบิดของมอเตอร์มีเสถียรภาพมากขึ้น